Numero De Transporte

Universidad nacional Autónoma de México

Facultad de Química

Práctica número 3: Número de transporte

Fundamentos de Procesado Electrometalúrgico

Profesora: Vianey Torres Mendoza

Alumno: Callejas Canseco Pedro Arturo

Fecha: 8 de Septiembre de 2014

Objetivos:

Determinar el número de transporte del protón (H+) de una solución HCl 0.1M por el método de frontera móvil.

Procedimiento experimental:

Materiales:

1 vaso de precipitados

1 matráz aforado de 100ml

1 pipeta de 0.5ml

1 jeringa

1 embudo de plástico

1 manguera

1 alambre de cobre

1 resistencia

1 fuente de poder

3 pares de caimanes

Parafilm Reactivos:

HCl 0.1M

Verde de malaquita

Conectar el siguiente circuito:

La pipeta se rellenará de HCl cuidadosamente, evitando que se formen burbujas de aire, ya que no logrará que se cierre el circuito. Posteriormente se tapará con parafilm la parte inferior.

Rellenaremos hasta el borde superior para también cubrir con parafilm, y por la parte inferior introduciremos el alambre de cobre.

Por la parte superior se colocará un embudo y dentro de éste un electrodo de grafito. Es muy importante haber sellado bien con parafilm y evitar que existan fugas.

Se encenderá la fuente de poder, con una voltaje de 15V.

Al observar que se forma la interfase tomar mediciones de resistencia, voltaje y tiempo cada 0.1 mL de avance de la interfase.

Resultados y análisis

Estos fueron los resultados que se registraron durante la experimentación:

t(min) Voltaje(mV) Resistencia (Ω)

0 5.0 30

5.4 5.1 35

10.28 4.9 27.2

15.23 4.6 26.6

20.05 4.5 26.2

25.3 4.3 26

Tabla 1: Resultados obtenidos

Para determinar el número de transporte del ión H+, partiremos de la fórmula:

t^+=ΛVnCF/It (1)

Donde:

t+: numero de trasporte del catión

ΔV: es el gradiente de volumen=0.01ml

n: es el numero de equivalentes de electrones intercambiados (para H+)=1

C: es la concentración molar de la disolución=0.1M

F: es la constante de Faraday= 96500 C/mol

I: es la intensidad (Amperes)

t: es el tiempo (segundos)

Al realizar el análisis dimensional en la ecuación 1, observamos que el número de transporte es adimensional:

t^+=(L)(eq/L)(C/eq)/((C/s)(s))= ((L)(eq)(C)(s))/((L)(eq)(C)(s))

Al no obtener el dato de Intensidad de corriente, lo podemos obtener por medio de la ley de Ohm:

I=V/R (2)

Se mostrará una tabla con los valores obtenidos para después obtener su número de transporte para el equipo 1:

t(min) t(seg) ∆V(L) Voltaje(mV) Voltaje (V) Resistencia (Ω) I(Amperes)

324 324 0.0001 5.1 0.0051 10 0.00051

292 616 0.0001 4.9 0.0049 10 0.00049

298 914 0.0001 4.6 0.0046 10 0.00046

289 1203 0.0001 4.5 0.0045 10 0.00045

315 1518 0.0001 4.3 0.0043 10 0.00043

Tabla 2: Cálculos de equipo 1

Con estos datos podemos calcular el número de transporte para ión H+. Sabiendo que 1- t+= t-, podemos calcular el anión (Cl-). Es importante mencionar que para el caso de el HCl es la misma concentración molar a la normal ya que solo posee un equivalente.

Se tomará como ejemplo el primer valor del número de transporte, después de los valores obtenidos se realizará un promedio, este será nuestro resultado final:

t (seg) ∆V(L) t+ t-

324 0.0001 0.5839 0.4160

292 0.0001 0.6744 0.3256

298 0.0001 0.7039 0.2961

289 0.0001 0.742 0.258

315 0.0001 0.7124 0.2876

0.6833 0.3166 Promedio

t^+=ΛVnCF/It

t^+=(0.00001L)(1)(0.1 mol⁄L)(96500 C⁄mol)/((0.000145 C⁄s)(324s))=0.5839

Tabla 3: Valores de número de transporte. Equipo 1

t-= 1 - 0.82466= 0.4160

A continuación se mostrarán los resultados obtenidos por el equipo número 2:

t (s) ∆V(L) Voltaje(mV) Voltaje (V) Resistencia (Ω) I(Amperes)

243 0.0001 3 0.003 10 0.0003

361 0.0001 2.8 0.0028 10 0.00028

312 0.0001 2.7 0.0027 10 0.00027

427 0.0001 2.4 0.0024 10 0.00024

415 0.0001 2.3 0.0023 10 0.00023

Tabla 4: Valores obtenidos durante experimentación. Equipo 2

Se calculará el número de transporte de la misma forma que se realizó el manejo de datos del equipo pasado.

t (seg) ∆V(L) t+ t-

243 0.0001 1.323 -----

361 0.0001 0.9546 0.0454

312 0.0001 1.1455 --------

427 0.0001 0.9416 0.0584

415 0.0001 1.011 ------

0.9481 0.0519 Promedio

Tabla 5: Valores experimentales de número de transporte. Equipo 2

Los valores mayores a uno no se tomarán en cuenta para realizar el promedio ya que estos valores no pueden ser reales

Por último se mostrarán los valores y resultados obtenidos por el equipo número 3:

t(seg) ∆V(L) Voltaje(mV) Voltaje (V) Resistencia (Ω) I(Amperes)

371 0.0001 3.6 0.0036 10 0.00036

304 0.0001 3.4 0.0034 10 0.00034

408 0.0001 3.2 0.0032 10 0.00032

365 0.0001 3 0.003 10 0.0003

363 0.0001 2.9 0.0029 10 0.00029

Tabla 6: Valores obtenidos durante experimentación. Equipo 3

t (seg) ∆V(L) t+ t-

371 0.0001 0.7225 0.2775

304 0.0001 0.9336 0.0664

408 0.0001 0.7391 0.2609

365 0.0001 0.8812 0.1188

363 0.0001 0.9166 0.0834

0.8386 0.1614 Promedio

Tabla 7: Valores experimentales de número de transporte. Equipo 3

El número de transporte es la fracción de carga que contiene cada ion, las reacciones que se llevan a son dos (oxidación y reducción):

La reacción de oxidación que se lleva a cabo en el ánodo (Alambre de cobre) es la siguiente:

〖Cu〗^0→〖Cu〗^(2+)+ 〖2e〗^-

La reacción de reducción que se lleva a cabo en el cátodo (Grafito de Carbono) es la siguiente:

〖2H〗^++ 〖2e〗^-→ H_2

El verde de malaquita no interfiere en la reacción, pero al ser un compuesto orgánico que contiene oxalatos, es posible la formación de complejos, las siguientes reacciones describen la formación del complejo y del ion cloruro:

〖Cu〗^(2+)+ 〖Cl〗^- ↔ 〖CuCl〗^+

〖CuCl〗^++ 〖3Cl〗^+↔ [〖CuCl〗^(2-) ]

El verde de malaquita también cumple la función de indicador:

Verde → Ácido

Incoloro → Básico

Azul → Neutro

Estos son los valores teóricos del número de transporte del HCl:

Ión No. de transporte

H+ 0.8207

Cl- 0.1793

Tabla 8: Valores teóricos de número de transporte

No. de equipo No. de transporte (H+) % de error (H+) No. de transporte (Cl-) % de error (Cl-)

1 0.6833 16.74 0.3166 76.57

2 0.9481 15.52 0.0519 71.05

3 0.8386 2.18 0.1614 9.98

Tabla 9: Porcentajes de error obtenidos por cada equipo

Podemos observar que el valor del equipo número 3 es el más cercano al teórico, este experimento es muy complejo ya que involucra diferentes mediciones las cuales son muy sensibles.

Conclusiones

El número de transporte obtenido por el equipo número 3 es similar al reportado en la literatura.

El ión H+ es el que transporta más cantidad de carga en una solución de HCl

En este dispositivo de frontera móvil es fundamental la medición de Intensidad de corriente.

El desplazamiento de la frontera (Cambio de coloración verde-azul), se debe a la migración de los iones H+, hacia el cátodo.

Bibliografía.

1.Bockris, John O' M., Modern Electrochemistry, 2nd Ed. NY, Plenum, 1997.

2. Coeuret, Introducción a la Ingeniería Electroquímica, Edit. Reverté, 1992.

3. Pletcher, Dereck, Industrial Electrochemistry, London, Chapman & Hall, 1990.

Demostración de fórmula de número de transporte:

El número de transferencia de un ion se define como la fracción de corriente transportada por ese ion. Entonces por definición el número de transferencia.

En una soluci

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AUTÓNOMA DE MÉXICO

FACULTAD DE QUÍMICA

PROGRAMAS DE ESTUDIO

SEXTO SEMESTRE

Asignatura

FUNDAMENTOS DE

PROCESADO

ELECTROMETALÚRGICO

Ciclo

FUNDAMENTAL

DE

LA PROFESIÓN

Área

INGENIERÍA

METALÚRGICA

Departamento

INGENIERÍA

METALÚRGICA

HORAS/SEMANA

OBLIGATORIA

CLAVE 1631

TEORÍA 4 h

PRÁCTICA 3 h

CRÉDITOS 11

Tipo de asignatura:

TEÓRICO-PRÁCTICA

Modalidad de la asignatura:

ASIGNATURA PRECEDENTE: Ninguna.

ASIGNATURA SUBSECUENTE: Seriación obligatoria con Corrosión y Protección

y

Electrometalurgia

OBJETIVO(S):

...